Авторы: Yoshiharu Shimomura, Taro Murakami, Naoya Nakai, Masaru Nagasaki, and Robert A. Harris

Адаптация на русский: Филиппычев Алексей
www.Philippychev.ru 

КРАТКО:
Аминокислоты с разветвленной цепью (ВСАА) являются незаменимыми и могут быть окислены в скелетных мышцах. Известно, что окисление BCAA происходит в результате упражнений. Механизм, ответственный за это явление, объясняется активацией дегидрогеназы а-кетокислот с разветвленных цепью (BCKDH), комплекса, который катализирует вторую ступень реакции катаболизма аминокислот ВСАА и является ферментом, лимитирующим скорость этого пути метаболизма. Этот ферментативный комплекс регулируется циклом фосфорилирования-дефосфорилирования. BCKDH-киназа и отвечает за инактивацию комплекса фосфорилирования, а активность киназы обратно пропорциональна активности состояния BCKDH комплекса, который предполагает, что киназа является основным регулятором комплекса. Мы недавно обнаружили, что при связывании рецептора (PPARа), который активирует перекисное окисление жиров, у крыс вызывало активацию печеночной BCKDH-комплекса в сочетании с уменьшением активности киназы, которая предполагала, что повышенное окисление жирных кислот активирует ВСАА катаболизм. Длинноцепочечные жирные кислоты являются лигандами для рецепторов PPARа, и окислению жирных кислот способствует несколько физиологических условий, включая упражнения. Эти результаты показывают, что жирные кислоты могут быть одним из регуляторов BCAA катаболизма и что потребность в BCAA увеличивается в процессе физических упражнений. Кроме того, добавки ВСАА до и после тренировки благотворно влияют на уменьшение повреждения мышц после физической нагрузки и способствуют синтезу белка мышц; Все это говорит о том, что ВСАА являются полезным дополнением по отношению к занятиям физкультурой и спортом.

=====================================================================

Аминокислоты ВСАА - лейцин, изолейцин и валин являются одними из девяти незаменимых аминокислот для людей; они составляют 35% незаменимых аминокислот в
мышечных белках и 40% для изначального синтеза всех аминокислот для млекопитающих [ Harper, A. E., Miller, R. H. & Block, K. P. (1984) Branched-chain amino acid metabolism. Annu. Rev. Nutr. 4: 409–454.]
ВСАА, которые поступают внутрь в избытке, будут быстро утилизированы, потому, что клетки животных и человека имеют ферментативную систему, которая жестко контролирует деградацию BCAA. 
Несмотря на то, ВСАА абсолютно необходимы для синтеза белка, некоторые промежуточные формы их катаболизма [например, а-кетокислота с разветвленной цепью (BCKA)] могут быть токсичными при высоких концентрациях.
Таким образом, избавления от лишних ВСАА является критически важным моментом для поддержания нормального статуса организма.
Известно, что ВСАА могут быть окислены в скелетных мышцах, в то время как другие незаменимые аминокислоты подвергаются катаболизму в основном в печени [ 3. Rennie, M. J. (1996) Influence of exercise on protein and amino acid metabolism. In: Handbook of Physiology, Sect. 12: Exercise: Regulation and Integration of Multiple Systems (Rowell, L. B. & Shepherd, J. T., eds.), chapter 22, pp. 995–1035. American Physiological Society, Bethesda, MD.]
Считается, что ВСАА способствуют повышению энергетического обмена во время тренировки в качестве источника энергии и субстратов, которые включаются в Цикл лимонной кислоты как промежуточные продукты , и для глюконеогенеза.
[ 4. Kimball, S. R., Farrell, P. A. & Jefferson, L. S. (2002) Exercise effects on insulin signaling and action. Invited Review: role of insulin in translational control of protein synthesis in skeletal muscle by amino acids or exercise. J. Appl. Physiol. 93: 1168–1180.]
Лейцин является особенным и исключительным среди всех ВСАА, поскольку он способствовал синтезу мышечного белка в естественных условиях, когда его перорально добавляли в рацион животных.
Как следствие вышесказанного, добавкам ВСАА необходимо уделять повышенное внимание как значимому диетическому продукту людям, занимающимся физическими упражнениями и участвующим в соревнованиях.
В данной работе авторы описывают, что известно о механизме окисления BCAA в процессе физических упражнений, обобщают воздействия добавок BCAA на процесс тренировок.

1. Регулирование катаболизма BCAA.

Ферменты, регулирующие катаболизм BCAA.
Весь катаболический путь для ВСАА находится в митохондриях. Первые два этапа процесса являются общими для всех трех ВСАА и имеют характерные особенности катаболизма. Первая реакция это обратимое трансаминирование BCAA в а-кетокислоту 
(branched-chain a-keto acids, BCKA), реакция катализируется аминотрансферазой аминокислот с разветвленной боковой цепью. Вторая реакция является необратимой. Это окислительное декарбоксилирование BCKA в коэнзим А (СоА). Данная реакция катализируется дегидрогеназой а-кетокислот (BCKDH, branched-chain a-keto acid dehydrogenase). См.рис. 6.1
Крайняя реакция является ограничивающей для скорости катаболизма аминокислот BCAA и поэтому понятно, что она организмом подлежит жесткой регуляции.
Пути катаболизма ВСАА наиболее интенсивно изучались на крысах. Много исследований было направлено на регулирование деятельности комплекса BCKDH в печени крыс, который регулирует цикл фосфорилирования-дефосфорилирования BCKA. BCKDH-киназа отвечает за инактивацию комплекса фосфорилированием компонента Е1, а BCKDH-фосфатаза ответственна за реактивацию комплекса дефосфорилированием. Большинство исследований склоняются к тому, что преимущественно BCKDH-киназа регулирует активность комплекса. BCKDH-фосфатаза также может быть важной компонентой, однако очень ограниченная информация по ней доступна, хотя и публиковалась работа по выделению фосфатазы из почек быков.

Регулирование активности BCKDH-комплекса посредством а-кетоизокапроатом, полученным из лейцина.
Многие исследования показывают, что активность BCKDH-киназы обратно коррелирует с активностью состояния BCKDH-комплекса в естественных условиях. Отсюда можно предположить, что киназа может регулировать катаболизм BCAA. Это, в частности, было продемонстрировано в работе [Paxton, R. & Harris, R. A. (1984)], что a-кетоизокапроат (KIC, образованный трансаминированием из лейцина) является мощным ингибитором киназы, а-кето-B-метилвалерат и а-кетоизовалериат, которые получаются из изолейцина и валина, соответственно, оказывают аналогичное действие, но KIC значительно сильнее снижает потенциал киназы. Поэтому, когда KIC накапливается в тканях под воздействием тех или иных физиологических условий, BCAA катаболизма способствует активация BCKDH-комплекса.
Было сообщено, что кормление крыс диетой, богатой лейцином, уменьшает концентрации в плазме крови изолейцина и валина, и активирует печеночный комплекс BCKDH. Это означает, что увеличение лейцина в покое вызывает дисбаланс ВСАА предположительно из-за ингибирования BCKDH-киназы посредством KIC.

Влияние физических упражнений на BCAA катаболизма и их регулирование.
С помощью физических упражнений происходит активация BCKDH-комплекса. В особенности упражнения на выносливость увеличивают расход энергии и способствуют катаболизму белка и аминокислот. ВСАА могут окисляться в скелетных мышцах и это окисление усиливается с помощью физических упражнений. Существуют исследования, показывающие, что физические упражнения на выносливость активируют BCKDH-комплекс в скелетных мышцах человека и крыс, а также в печени крыс. 
Мы показали, что активность BCKDH-киназы в печени крыс значительно уменьшилась после 85 мин беговых упражнений, которая может быть основным фактором, способствующим активации печеночного BCKDH-комплекса. Хотя детально механизм не известен, однако, маловероятно, что изменение экспрессии генов киназы может быть объяснением снижения активности киназы в столь короткий период под нагрузкой. В нашем исследовании использовался аппарат электрической стимуляции мышц, при этом в мышце увеличивались концентрации лейцина и KIC. Предположительно это является одним из факторов, ответственным за активацию BCKDH в мышцах. Мы также показали, что суммарная киназа уменьшается от упражнений.
Дополнительно и высокоинтенсивные нагрузки, и добавочные повторы упражнений (подходы) уменьшают киназу протеина в скелетных мышцах крысы и, тем самым, в результате приводят к большей активации BCKDH комплекса у «тренированных» крыс.
Хорошо известно, что кормление низко-белковой диетой (или белковым «голоданием») инактивирует BCKDH комплекс путем фосфорилирования фермента в печени крыс. Активность BCKDH-киназы и ее общее количество связано с BCKDH-комплексом обратно коррелирует с активностью его состояния. Инактивация BCKDH-комплекса обеспечивает механизм сохранение ВСАА для синтеза белка в BCAA-дефицитных
условиях. Когда крыс на низко-белковой диете заставляли выполнять беговые упражнения, их печеночные BCKDH-комплексы имели значительное увеличение, что свидетельствует о том, что BCAA катаболизм способствует упражнениям даже у крыс, которые находятся в дефиците ВСАА.

Часть 2

Эффект стимуляции окисления жирных кислот на активность BCKDH-комплекса.
При определенных физиологических условиях, в число которых входят и физические упражнения, происходит стимулирование окисления жирных кислот так же, как и окисление BCAA. Интересно рассмотреть взаимосвязь между этими двумя катаболическими системами. Клофибриновая кислота хорошо известна, как гиперлипидемическое вещество, стимулирующее окисление жирных кислот. Также это соединение стимулирует и BCAA катаболизм и вызывало атрофию мышц у животных, находившихся на продолжительном медикаментозном лечении. Исследования, изучающие долгосрочные эффекты клофибриновой кислоты на экспрессию BCKDH-киназы в печени крыс, выявили снижение в активности киназы и уменьшения белка. Считается, что клофибриновая кислота оказывает многочисленные и долгосрочные эффекты на активацию рецепторов PPARa (рецептор активирующий пролиферацию пероксисом). Голодание также стимулирует окисление жирных кислот. В силу того, что голодание увеличивает уровень циркулирующих свободных жирных кислот, а жирные кислоты являются природными лигандами для PPARа, то их увеличение, вызванное голоданием может подавлять киназы в печени крыс. В силу того, что окислению жирных кислот также способствуют упражнения, то гипотезу активации BCKDH-комплекса в зависимости от повышенного окисления жирных кислот можно применить к механизму
увеличения окисления BCAA от физических упражнений.

Влияние добавок BCAA на производительность мышц при физических упражнениях.
Эффекты добавок BCAA на метаболизм мышечных белков при выполнении физических упражнений. Эффективность воздействия добавок BCAA на метаболизм мышечных белков при приеме их как до, так и после тренировок, а также их воздействие на повреждения мышц были рассмотрены здесь на людях. В данном исследовании использовалась пероральная добавка ВСАА (77 мг / кг массы тела) перед тренировкой, которая увеличивала уровни внутриклеточного и артериального BCAA во время тренировки и в результате подавляла эндогенный распад мышечных белков. Нами также было зафиксировано, что пероральное применение BCAA (12 г / сут в течение 2 недель, плюс добавочно по 20 г до и после тренировки) подавляло повышение активности креатинкиназы в сыворотке в течение нескольких дней после тренировки. Аналогичные показатели наблюдались в исследовании, в котором испытуемые принимали смесь аминокислот (содержали 3,6 г аминокислот, из которых 37% были ВСАА) до и после нагрузочного теста, плюс 2 дозы в день в течении последующих 4 дней после нагрузочного теста. Аминокислотная добавка также уменьшала болезненность мышц, которое обычно следует после тренировочной нагрузки. Хотя механизм, ответственный
за защитные эффекты добавок BCAA против повреждения мышц в результате упражнений, а также болезненностью мышц, не был выяснен, предполагается, что и в стимуляции синтеза мышечного белка, и в подавлении его разрушения в результате упражнений, могут быть вовлечены аминокислоты ВСАА. Кроме того, наиболее эффективное соотношение трех ВСАА для наилучшего использования не выяснено. Очевидно, что такие наблюдения представляются весьма интересными и необходимо в будущем выявить механизмы, ответственные за эти феномены и уточнять наиболее эффективные сочетания ВСАА.

Специфические особенности катаболизма Валина.
Катаболизм Валина является отличным по сравнению с другими ВСАА. Потенциально токсический компонент methacrylyl-CoA формируется в середине цикла катаболизма Валина. Было отмечено, что methacrylyl-КоА является особенно реактивным соединением для цитогенных и мутагенных реакций, потому что тиол-реактивные молекулы проходят без ферментирования через реакции Michael-присоединения . Crotonase и b-hydroxyisobutyryl-CoA (HIByl-CoA) – гидролазы, которые катализируют процесс удаления methacrylyl-КоА в клетках. Более того, methacrylyl-КоА, образовавшийся в процессе катаболизма валина, в пространстве митохондрий может вступать в реакцию с глутатионом и тем самым потенциально мешать механизму, который защищает митохондрии от повреждений реактивных форм кислорода. Хотя methacrylyl-КоА образуется не для того, чтобы привести к повреждению во время тренировки, стимуляция
катаболизма BCAA во время тренировки приводит к образованию дополнительных methacrylyl-КоА, которые должны быть подвержены скорейшему разрушению совместными действиями crotonase и HIByl-КоА гидролазы для предотвращения необратимого ущерба митохондрий.
Мы выделили гидролазу HIByl-КоА из печени крыс и разработали способ измерения активности этого фермента в зависимости от реакции с crotonase. Активность как crotonase, так и HIByl-КоА гидролазы экстремально повышаются в зависимости от активности BCKDH-комплекса и в мышцах млекопитающих [крыса, собака], и человека. Таким образом, methacrylyl-КоА быстро распадается на свободную кислоту и восстановленный CoA в следствии высокой активности двух ферментов. Как следствие, methacrylyl-КоА и HIByl-КоА не обнаруживаются в клетках печени, даже если создаются специальные инкубаторные условия, при которых должны возникнуть высокие концентрации промежуточных продуктов валинового катаболического пути. Эти результаты показывают, что добавка аминокислоты Валин, как составляющей BCAA не должна быть токсичной для человека при нормальных условиях, хотя физические упражнения способствует катаболизму Валина.

Токсичность ВСАА.
Острые и подострые состояния токсичности от приема ВСАА изучались на мышах и крысах и сообщения идут об этих исследованиях. В исследовании использовалось следующее соотношение ВСАА 2.1 – 1 – 1.2 (Лейцин-Изолейцин-Валин). Ни один грызун не умер от разовой дозы 10 г BCAA / кг веса тела, которые использовали в данном исследовании токсичности добавок. Исследователи оценили, что половина от максимальной дозы, приводящей к смерти должна быть больше 10 г / кг массы тела. Отсутствие токсических эффектов были констатированы при дозировке 2,5 г / Kg в течение 3 мес или 1,25 г / Kg в течении 1 года. 
(30. Okazaki, S., Hatakeyama, K., Tamura, K., Tsufuhisa, S. & Shiotani, S. (1989)
Acute and subacute toxicity study of BCAA-G in rats (in Japanese). Clin.Rep. 23: 1843–1862.)
В этих докладах нет информации относительно токсичности добавок ВСАА применительно к физкультуре и спорту.

Заключительные замечания
Это очевидно, физические упражнения стимулируют деградацию ВСАА. Увеличение окисления жирных кислот, как представляется, связаны в прямой зависимости с увеличением скорости окисления BCAA, и предполагается, что жирные кислоты могут быть регуляторами окисления BCAA. Более того, синтез мышечного белка усиливается после физических упражнений. На основании данных результатов можно сделать вывод, что физических упражнениях требуется увеличивать аминокислоты ВСАА. Добавки BCAA, принимаемые до и после упражнений имеют благотворное влияние на уменьшение повреждения мышц и на содействие синтеза мышечного белка при физической нагрузке; это предполагает, что ВСАА могут быть полезным дополнением при занятиях физкультурой и спортом. 
В большинстве исследований с людьми использовалась добавка в кол-ве 5 г BCAA, минимальную же дозу, при которой возможны благоприятные эффекты добавок BCAA еще предстоит установить.
Наиболее эффективное соотношение трех ВСАА неясно. Исследования токсичности добавок ВСАА с использованием животных показало, что ВСАА являются вполне безопасными аминокислотами, когда они представлены в соотношении, аналогичному животному белку, как 2: 1: 1 (лейцин: изолейцин: валин). 
Несмотря на то, что лейцин наиболее мощная из всех аминокислот ВСАА в контексте стимулирования синтеза белка, дополнительные дозы лейцина могут привести к дисбалансу BCAA посредством активирующего эффекта его производной кетокислоты на
BCKDH комплекс.
Ряд научно-исследовательских групп изучали возможность благоприятного воздействия добавок ВСАА на выносливость, однако результаты противоречивы. Необходимы дополнительные исследования, чтобы уточнить соответствующее количество BCAA добавок для положительных эффектов и ответственные механизмы.

Лига́нд (от лат. ligare — связывать) — атом, ион или молекула, связанный с неким центром (акцептором)
Инактивация (ин- + лат. activus действенный) частичная или полная потеря биологически активным веществом или агентом своей активности.
Реактивация - биол. восстановление жизнеспособности клеток, органов или организмов.
Трансаминирование — биохимическая ферментативная реакция обратимого переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Механизм реакции открыт в 1937 г. А. Е. Браунштейном и М. Г. Крицман.
Дезаминирование — процесс удаления аминогрупп от молекулы. В организме человека дезаминирование в основном происходит в печени.
PPARa - peroxisome proliferator-activated receptor-a (рецептор активирующий пролиферацию пероксисом)